判斷離子能否大量共存實(shí)際上就是判斷離子之間能否反應(yīng),只要離子間相互反應(yīng),那么就不能大量共存。下面就離子能否共存的原因與判斷方法歸納如下:
一、常見的離子不能大量共存的原因:
(1)發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成難溶物、揮發(fā)性物質(zhì)和難電離物質(zhì)時(shí)不能大量共存。如:
① 若陰陽離子能相互結(jié)合生成難溶物或微容物性鹽,就不能大量共存。如常見的Ba2+ 、Ca2+ 與CO32-、SO32-、SO42-、PO43-、SiO32-等;再如常見的Ag+ 與Cl-、Br-、I-、PO43-、CO32-、SO42-、S2-等。
② 弱堿的陽離子不能與OH-大量共存。如常見的Fe2+ 、Fe3+ 、Cu2+ 、NH4+ 、Ag+ 、Mg2+ 、Al3+ 、Zn2+ 等與OH-不能大量共存。
③ 弱酸根陰離子不能與H+ 大量共存。如常見的CH3COO-、F-、CO32-、SO32-、S2-、PO43-等與H+ 不能大量共存。
④弱酸的酸式陰離子與H+ 或OH-均不能大量共存。如常見的HCO3-、HSO3-、HS-、H2PO4-、HPO42-等既不能與H+ 大量共存也不能與OH-大量共存。
(2)若離子間能發(fā)生氧化還原反應(yīng),也不能大量共存。如:
① 在酸性條件下,MnO4-具有較強(qiáng)的氧化性,與常見的Cl-、Br-、I-、S2-等能發(fā)生氧化還原反應(yīng),而不能大量共存;同樣,NO3-在酸性條件下也具有較強(qiáng)的氧化性,與Br-、I-、S2-、Fe2+ 、SO32-等不能大量共存。
② 在中性條件下,NO3-與I-、Fe2+ 等可以大量共存。
③ 無論是在酸性或堿性條件下,ClO-都具有氧化性,與常見的還原性離子如I-、Fe2+ 、S2-、SO32-等均不能大量共存。
(3)若陰、陽離子間發(fā)生“雙水解”反應(yīng),有的促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行,不能大量共存。常見的能發(fā)生“雙水解”反應(yīng)離子歸納如下:
① Al3+ 與HS-、S-、CO32-、HCO3-、AlO2-、SiO32-、ClO-等;
② Fe3+ 與CO32-、HCO3-、AlO2-、ClO-等;
③ NH4+ 與AlO2-、SiO32-等;
發(fā)生“雙水解”反應(yīng)時(shí),由于水解徹底,可用“===”連接反應(yīng)物和產(chǎn)物,水解生成的難容物或揮發(fā)性物質(zhì)要加沉淀符號“↓”或氣體反符號“↑”。例如FeCl3與NaHCO3溶液混合的離子反應(yīng)方程式為:
Fe3+ + 3HCO3- === Fe(OH)3↓ + 3CO2↑,該類反應(yīng)要注意電荷守恒。
④ NH4+ 與CH3COO-、CO32+,Mg2+ 與HCO3-等組合中,雖然兩種離子都能水解且相互促進(jìn),但總的水解程度很小,它們在溶液中可以大量共存,但加熱就不能了。
(4)若離子間能形成絡(luò)合物,那么就不能大量共存。如Fe3+ 與SCN之間就非常容易絡(luò)合,因而不能大量共存。
二、離子共存的判斷方法:
所謂的幾種離子在同一溶液中能否共存,就是指離子之間不發(fā)生任何的反應(yīng),解決這類問題,一定要注意題目中的前提條件,現(xiàn)歸納如下:
(1)要看清題目的問法,如“能大量共存”、“不能大量共存”還是“可能大量共存”等等。
(2)弄清題目的限定條件,如:
① 限定溶液的顏色,若題目限定是無色透明的,則一定沒有Fe2+(淺綠色)、Fe3+(棕黃色)、Cu2+(藍(lán)色)、MnO4-(紫色)等離子;還要注意“透明”不是“無色”。
② 限定溶液酸堿性,
a.“在強(qiáng)酸性(或pH=1)溶液中”,就是含有大量的H+,應(yīng)把H+ 考慮在內(nèi),OH-及弱酸根離子都不能大量共存
b.“在強(qiáng)堿性(或pH=14)溶液中”,就是含有大量的OH-,應(yīng)把OH-考慮在內(nèi),H+ 及弱堿陽離子都不能大量共存。
c.“在由水電離出c(H+)= 1×10-10 mol/L的溶液中,或在由水電離出c(OH-)= 1×10-10 mol/L的溶液中”能大量共存的,就是說在酸或堿性條件下均能大量共存的離子組;
d.“在與Al反應(yīng)能產(chǎn)生H2的溶液中”,其實(shí)就是說在酸或堿性條件下的溶液中;
e.“能溶解Al2O3或Al(OH)3的溶液”,就是含有大量的H+ 或OH-的溶液,其實(shí)就是說在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性條件下的溶液中;
③ 限定反應(yīng)類型
“因氧化還原反應(yīng)……”,即只考慮離子間的氧化還原反應(yīng);
④限定溶液中已存在的離子
如“溶液中已存在Fe3+ 、Cl-”,則OH-、SCN-、Ag+ 等離子不能大量共存。
【例題1】下列各組離子,在強(qiáng)酸性溶液中能大量共存并且溶液為無色透明的離子組是( ).
A. NH4+ 、Al3+ 、SO42-、NO3- B. K+ 、Na+ 、AlO2-、NO3-
C. K+ 、NH4+ 、MnO4-、SO42- D. K+ 、Na+ 、NO3-、HSO3-
解析:B選項(xiàng)中的AlO2-在強(qiáng)酸性條件下不能存在,發(fā)生反應(yīng):
H+ + AlO2-+ H2O === Al(OH)3↓;C選項(xiàng)中MnO4-為紫色;D選項(xiàng)中,HSO3-在強(qiáng)酸性條件下生成H2SO3并被HNO3氧化成H2SO4。
答案:A
【例題2】下列各組離子,在強(qiáng)堿性溶液中能大量共存的離子組是( ).
A. Cl-、AlO2-、I-、S2- B. K+ 、Na+ 、NH4+ 、Ba2+
C. Cl-、Br-、CO32-、S2- D. HCO3-、SO42-、SO32-、NO3-
解析:在強(qiáng)酸性條件下c(OH-)較大,A選項(xiàng)中離子不能反應(yīng),故可以大量存在;B選項(xiàng)中發(fā)生反應(yīng):NH4+ + OH-=== NH3·H2O ;C選項(xiàng)中離子不能反應(yīng),故可以大量存在;D選項(xiàng)中,HCO3-在強(qiáng)堿性條件下生成CO32-因而不能大量共存。
答案:A、C
【例題3】下列各組離子,因發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存的離子組是( ).
A. Na+ 、OH-、SO42-、H2PO4- B. Fe2+ 、Fe3+ 、SO42-、Cl-
C. Cl-、H+ 、Na+ 、S2O32- D. Na+ 、Cu2+ 、S2-、SO42-
解析:A、D選項(xiàng)不能大量共存,但不是氧化還原反應(yīng);B選項(xiàng)可以大量共存;只有C選項(xiàng)符合題意。
答案:C
【例題4】下列各組離子,在溶液中一定能大量共存的是( ).
A. 使酚酞變紅的溶液:Na+ 、Cl-、SO42-、Fe3+
B. 使紫色石蕊變紅的溶液:Fe2+ 、Mg2+ 、Cl-、NO3-
C. c(H+)=1×10-12 mol/L的溶液:K+ 、Ba2+ 、Cl-、Br-
D. 碳酸氫鈉溶液:K+ 、SO42-、Cl-、H+ 解析:A選項(xiàng),堿性條件下Fe3+ 不能大量共存;B選項(xiàng),F(xiàn)e2+ 、NO3-和H+ 發(fā)生氧化還原反應(yīng)不能大量共存;D選項(xiàng),HCO3-與H+ 不能大量共存。
答案:C
【例題5】在溶液中下列離子能夠大量共存的是( ).
A. 無色溶液中:Na+ 、Cl-、NO3-、Fe2+
B. pH=0的溶液中:Fe2+ 、Cl-、NO3-、HCO3-
C. 含MnO4-的溶液中:Fe3+ 、NO3-、Mg2+ 、SO42-
D. 與Al反應(yīng)能產(chǎn)生H2的溶液中:Mg2+ 、NO3-、Cl-、K+ 解析:注意題目中的隱含信息,A選項(xiàng)為無色溶液,F(xiàn)e2+ 為淺綠色,故錯誤;B選項(xiàng)為強(qiáng)酸性溶液,NO3-(H+)具有強(qiáng)氧化性,與Fe2+ 不能大量共存,且H+ 與HCO3-也不能大量共存;C選項(xiàng)中雖然含強(qiáng)氧化性的MnO4-,但題組中的離子部不能被MnO4-氧化,因此符合題意;D選項(xiàng)能與Al反應(yīng)能產(chǎn)生H2的溶液可能呈強(qiáng)酸性,也可能呈強(qiáng)堿性,若為強(qiáng)酸性,由于有NO3-與Al反應(yīng)不能產(chǎn)生H2,而是生成含低價(jià)氮的物質(zhì),若為強(qiáng)堿性,因?yàn)轭}組中含Mg2+,故也不能大量共存。
答案:C